Nødvendig navigationsydelse - Required navigation performance
Påkrævet navigationsydelse ( RNP ) er en type performance-based navigation (PBN), der gør det muligt for et fly at flyve en bestemt sti mellem to 3D-definerede punkter i rummet.
Areanavigation (RNAV) og RNP-systemer er grundlæggende ens. Hovedforskellen mellem dem er kravet om indbygget ydeevneovervågning og alarmering. En navigationsspecifikation, der inkluderer et krav til overvågning og alarmering af navigationsydelse om bord, kaldes en RNP-specifikation. En der ikke har et sådant krav kaldes en RNAV-specifikation. Derfor, hvis ATC-radarovervågning ikke er til rådighed, skal sikker navigation i forhold til terræn overvåges selv af piloten, og RNP skal anvendes i stedet for RNAV.
RNP henviser også til det ydelsesniveau, der kræves til en bestemt procedure eller en bestemt blok af luftrummet. En RNP på 10 betyder, at et navigationssystem skal kunne beregne dets position inden for en cirkel med en radius på 10 sømil. En RNP på 0,3 betyder, at flynavigationssystemet skal kunne beregne dets position inden for en cirkel med en radius på 3/10 sømil. Forskellene i disse systemer er typisk en funktion af on-board navigationssystem afskedigelser .
Et beslægtet udtryk er ANP, der står for "faktisk navigationsydelse." ANP henviser til den aktuelle ydeevne for et navigationssystem, mens "RNP" henviser til den nøjagtighed, der kræves for en given blok af luftrummet eller en bestemt instrumentprocedure.
Nogle oceaniske luftrum har en RNP-kapacitetsværdi på 4 eller 10. Niveauet af RNP, som et fly er i stand til, bestemmer den nødvendige adskillelse mellem fly med hensyn til afstand. Forbedret nøjagtighed af indbyggede RNP-systemer repræsenterer en væsentlig fordel for traditionelle ikke-radarmiljøer, da antallet af fly, der kan passe ind i et rumfang af luftrum i en given højde, er en firkant af antallet af krævet adskillelse det vil sige, at jo lavere RNP-værdi, jo lavere er de krævede afstandsseparationsstandarder, og generelt, jo flere fly kan passe ind i et rumfang af luftrum uden at miste den nødvendige adskillelse. Dette er ikke kun en stor fordel for lufttrafikoperationer, men præsenterer en stor omkostningsbesparelsesmulighed for flyselskaber, der flyver over havene på grund af mindre restriktiv rute og bedre tilgængelige højder.
RNP-tilgange med RNP-værdier i øjeblikket ned til 0,1 tillader fly at følge præcise tredimensionelle buede flyveveje gennem overbelastet luftrum, omkring støjfølsomme områder eller gennem vanskeligt terræn.
Historie
RNP-procedurer blev introduceret i PANS-OPS (ICAO Doc 8168), som blev anvendelig i 1998. Disse RNP-procedurer var forgængeren for det nuværende PBN-koncept, hvor præstationen til drift på ruten er defineret (i stedet for flyveelementer såsom som flyover-procedurer, variation i flyveveje og tilføjet luftrumsbuffer), men de resulterede i ingen væsentlige designfordele. Som et resultat manglede der fordele for brugerfællesskabet og ringe eller ingen implementering.
I 1996 blev Alaska Airlines det første flyselskab i verden, der benyttede en RNP-tilgang med sin tilgang ned ad Gastineau-kanalen til Juneau, Alaska. Alaska Airlines kaptajn Steve Fulton og kaptajn Hal Anderson udviklede mere end 30 RNP-tilgange til flyselskabets Alaska-operationer. I 2005 blev Alaska Airlines det første flyselskab, der benyttede RNP-indflyvninger i Reagan National Airport for at undgå overbelastning. I april 2009 blev Alaska Airlines det første flyselskab, der fik godkendelse fra FAA til at validere deres egne RNP-tilgange. Den 6. april 2010 konverterede Southwest Airlines til RNP.
Siden 2009 har regulatorer i Peru , Chile og Ecuador implementeret mere end 25 RNP AR-tilgangsprocedurer designet i samarbejde med LAN Airlines . Fordelene omfattede reduktion i drivhusgasemissioner og forbedret tilgængelighed til lufthavne i bjergområder. Brugen af RNP AR-tilgange i Cusco nær Machu Picchu har reduceret aflysninger på grund af dårligt vejr med 60 procent på flyvninger, der drives af LAN.
I oktober 2011 udførte Boeing, Lion Air og det indonesiske generaldirektorat for civil luftfart valideringsflyvninger for at teste skræddersyede procedurer, der kræves (RNP AR) -procedurer i to terrænudfordrede lufthavne, Ambon og Manado , Indonesien som banebrydende for brug af RNP-præcisionsnavigationsteknologi i Sydasien.
Etableret på RNP-tilgange
Inspireret af en hvidbog fra 2011 offentliggjorde ICAO i november 2018 standarden oprettet på RNP-autorisationskrav (EoR) for at reducere adskillelse til parallelle landingsbaner , forbedre trafikgennemstrømningen og reducere støj, emissioner og fløjet afstand. I lighed med Denver International blev det implementeret i over tre år på Calgary International , hvilket sænkede den endelige tilgangskrav fra 20,2 km til 32,2 til 6,4 km, inden man nåede banebaserede operationer. Da 40% af de ankomne fly er udstyret til at flyve RNP-AR, vil 3.000 RNP-AR-indflygninger pr. Måned spare 53.000 km og forbundet med kontinuerlig nedstigning vil reducere drivhusgasemissionerne med 2.500 tons det første år.
Beskrivelse
De nuværende specifikke krav til et RNP-system inkluderer:
- Evne til at følge et ønsket grundspor med pålidelighed, repeterbarhed og forudsigelighed, inklusive buede stier; og
- Hvor lodrette profiler er inkluderet til lodret styring , brug af lodrette vinkler eller specifikke højdebegrænsninger for at definere en ønsket lodret sti.
RNP APCH understøtter alle bentyper og baneterminatorer, der anvendes i standard RNAV, inklusive TF og RF. RNP AR-procedurer understøtter kun to bentyper:
- TF-ben: Track to Fix: en geodesisk sti mellem to fixes.
- RF-ben: Radius at rette. Dette er en buet sti understøttet af positiv kursusvejledning. Et RF-ben defineres af en radius, buelængde og en fix. Ikke alle RMS-kompatible FMS-systemer understøtter RF-ben. Brug af RF-ben er tilladt inden Fix Final Approach Fix. For operation med RNP AR APCH se afsnittet Specialflyvning og flybesætningstilladelse krævet nedenfor.
Ydelsesovervågnings- og alarmfunktionerne kan leveres i forskellige former afhængigt af systeminstallation, arkitektur og konfigurationer, herunder:
- visning og indikation af både den krævede og den estimerede ydeevne for navigationssystemet
- overvågning af systemets ydeevne og advarsel besætningen, når RNP-kravene ikke er opfyldt og
- krydssporafvigelsesskærme skaleret til RNP i forbindelse med separat overvågning og advarsel om navigationsintegritet.
Et RNP-system bruger sine navigationssensorer, systemarkitektur og driftstilstande til at opfylde RNP-navigationsspecifikationskravene. Det skal udføre integritet og rimelighedskontrol af sensorer og data, og det kan give et middel til at fravælge specifikke typer navigationshjælpemidler for at forhindre tilbageførsel til en utilstrækkelig sensor. RNP-krav kan begrænse luftfartøjets driftsformer, f.eks. For lav RNP, hvor flyteknisk fejl (FTE) er en væsentlig faktor, og manuel flyvning af besætningen muligvis ikke er tilladt. Installationer med dobbelt system / sensor kan også være påkrævet afhængigt af den påtænkte drift eller behov.
Et RNAV-system, der er i stand til at opnå ydelseskravene i en RNP-specifikation, kaldes et RNP-system. Da specifikke præstationskrav er defineret for hver navigationsspecifikation, godkendes et fly, der er godkendt til en RNP-specifikation, ikke automatisk til alle RNAV-specifikationer. Tilsvarende godkendes et fly, der er godkendt til en RNP- eller RNAV-specifikation med strenge nøjagtighedskrav, ikke automatisk til en navigationsspecifikation, der har et mindre strengt nøjagtighedskrav.
Betegnelse
Til oceaniske, fjerne, undervejs og terminaloperationer er en RNP-specifikation betegnet som RNP X, f.eks. RNP 4.
Indflyvningsnavigationsspecifikationer dækker alle segmenter af instrumentindflygningen . RNP-specifikationer er udpeget ved hjælp af RNP som et præfiks og et forkortet tekstsuffiks, f.eks. RNP APCH (for RNP-tilgang) eller RNP AR APCH (for RNP-autorisation krævet tilgang).
Krav til overvågning af ydeevne og alarm
Kravene til ydeevneovervågning og alarmering for RNP 4, Basic-RNP 1 og RNP APCH har fælles terminologi og anvendelse. Hver af disse specifikationer indeholder krav til følgende egenskaber:
- Nøjagtighed : Nøjagtighedskravet definerer 95% total systemfejl (TSE) for de dimensioner, hvor et nøjagtighedskrav er specificeret. Nøjagtighedskravet er harmoniseret med RNAV- navigationsspecifikationerne og er altid lig med nøjagtighedsværdien. Et unikt aspekt af RNP-navigationsspecifikationerne er, at nøjagtigheden er en af de præstationsegenskaber, der overvåges.
- Ydelsesovervågning ' : Flyet eller kombinationen mellem fly og pilot kræves for at overvåge TSE' ' og give en advarsel, hvis nøjagtighedskravet ikke er opfyldt, eller hvis sandsynligheden for, at TSE overstiger nøjagtighedsværdien to gange, er større end 10 −5 . I det omfang operationelle procedurer bruges til at opfylde dette krav, evalueres besætningsproceduren, udstyrets egenskaber og installation for deres effektivitet og ækvivalens.
- Luftfartssvigt : Fejl i flyudstyret betragtes inden for luftdygtighedsregler. Fejl er kategoriseret efter sværhedsgraden af luftfartøjets niveaueffekt, og systemet skal være designet til at reducere sandsynligheden for svigt eller afbøde dens virkninger. Både funktionsfejl (udstyr, der fungerer, men ikke leverer passende output) og tab af funktion (udstyr ophører med at fungere) er løst. Dobbelt systemkrav bestemmes ud fra operationel kontinuitet (f.eks. Oceaniske og eksterne operationer). Kravene til flyfejlkarakteristika er ikke unikke for RNP-navigationsspecifikationer.
- Signal-i-rum-fejl : Signal-in-space-egenskaber ved navigationssignaler er ANSPs ansvar.
Nettovirkningen af RNP-navigationsspecifikationer er at give afgrænsning af TSE-distributionen. Da stidefinitionsfejl antages at være ubetydelig, reduceres overvågningskravet til de to andre komponenter i TSE, dvs. flyteknisk fejl (FTE) og navigationssystemfejl (NSE). Det antages, at FTE er en ergodisk stokastisk proces inden for en given flyvekontroltilstand. Som et resultat er FTE-fordelingen konstant over tid inden for en given flykontroltilstand. I modsætning hertil varierer NSE-fordelingen over tid på grund af en række skiftende egenskaber, især:
- valgte navigationssensorer: de navigationssensorer, der bruges til at estimere position, såsom Global Navigation Satellite System (GNSS) eller DME / DME ;
- flyets positions relative geometri i forhold til de understøttende navigationshjælpemidler: alle radionavider har denne grundlæggende variation, skønt de specifikke egenskaber ændres. GNSS-ydeevne påvirkes af satellittenes relative geometri sammenlignet med flyets DME / DME-navigationsløsninger påvirkes af inkluderingsvinklen mellem de to DME'er i flyet (90 ° er optimal) og afstanden til DME'erne, da flyet DME transponder kan have stigende rækkevidden med stigende afstand;
- inertiale referencenheder : fejl øges over tid siden sidst opdateret.
Anvendelse af ydeevneovervågning og alarm til fly
Selvom TSE kan ændre sig betydeligt over tid af en række årsager, herunder ovenstående, giver RNP-navigationsspecifikationerne sikkerhed for, at TSE-distributionen forbliver egnet til operationen. Dette skyldes to krav forbundet med TSE-distributionen, nemlig:
- kravet om, at TSE forbliver lig med eller bedre end den krævede nøjagtighed i 95% af flyvetiden og
- sandsynligheden for at hvert luftfartøjs TSE overstiger den specificerede TSE-grænse (lig med to gange nøjagtighedsværdien) uden meddelelse er mindre end 10 -5 .
Typisk giver 10 -5 TSE-kravet en større begrænsning af ydeevnen. For eksempel med ethvert system, der har TSE med en normal fordeling af cross-track-fejl, begrænser 10 −5 overvågningskrav standardafvigelsen til at være 2 × (nøjagtighedsværdi) / 4,45 = nøjagtighedsværdi / 2,23, mens 95% -kravet ville have tilladt standardafvigelsen at være så stor som nøjagtighedsværdien / 1,96.
Det er vigtigt at forstå, at selvom disse karakteristika definerer minimumskrav, der skal opfyldes, definerer de ikke den faktiske TSE-distribution. Den faktiske TSE-fordeling kan forventes at være typisk bedre end kravet, men der skal være dokumentation for den faktiske ydeevne, hvis en lavere TSE-værdi skal anvendes.
Ved anvendelse af kravet til ydeevneovervågning på fly kan der være betydelig variation i, hvordan individuelle fejl håndteres:
- nogle systemer overvåger de faktiske cross-track og langs-track fejl individuelt, mens andre overvåger den radiale NSE for at forenkle overvågningen og eliminere afhængighed af flysporet, f.eks. baseret på typiske elliptiske 2-D fejlfordelinger.
- nogle systemer inkluderer FTE i monitoren ved at tage den aktuelle værdi af FTE som en bias på TSE-distributionen.
- for basale GNSS-systemer opfyldes nøjagtigheden og kravene til 10 −5 som et biprodukt af ABAS-kravene, der er defineret i udstyrsstandarder, og FTE-distributionen for standardiserede kursafvigelsesindikatorer (CDI) vises.
Det er vigtigt, at præstationsovervågning ikke betragtes som fejlovervågning. En alarmovervågning vil blive udsendt, når systemet ikke med tilstrækkelig integritet kan garantere, at positionen opfylder nøjagtighedskravet. Når en sådan alarm udstedes, er den sandsynlige årsag tabet af evnen til at validere positionsdata (utilstrækkelig satellit er en potentiel årsag). I en sådan situation er flyets mest sandsynlige position på det tidspunkt nøjagtigt den samme position som angivet på pilotdisplayet. Under forudsætning af, at det ønskede spor er fløjet korrekt, vil FTE være inden for de krævede grænser, og sandsynligheden for, at TSE overstiger dobbelt så nøjagtighedsværdien lige før alarmen, er derfor cirka 10 -5 . Det kan dog ikke antages, at TSE simpelthen fordi der ikke er nogen alarm, er mindre end dobbelt så nøjagtighedsværdien: TSE kan være større. Et eksempel er for de fly, der tegner sig for FTE baseret på en fast fejlfordeling: For sådanne systemer, hvis FTE vokser stort, udsendes der ingen alarm fra systemet, selv når TSE er mange gange større end nøjagtighedsværdien. Af denne grund er de operationelle procedurer til overvågning af årsværk vigtige.
Driftsområder
Oceaniske og fjerntliggende kontinentale
Oceanisk og fjernt kontinentalt luftrum betjenes i øjeblikket af to navigationsapplikationer, RNAV 10 og RNP 4. Begge er primært afhængige af GNSS til at understøtte luftrumets navigationselement. I tilfælde af RNAV 10 kræves ingen form for ATS-overvågning. I tilfælde af RNP 4 anvendes ADS-kontrakt (ADS-C).
Kontinental undervejs
Kontinentalt en-route luftrum understøttes i øjeblikket af RNAV applikationer. RNAV 5 anvendes i Mellemøsten (MID) og europæiske (EUR) regioner, men fra og med 2008 er det udpeget som B-RNAV (Basic RNAV i Europa og RNP 5 i Mellemøsten). I USA understøtter RNAV 2 kontinentalt luftrum undervejs. På nuværende tidspunkt understøtter kontinentale RNAV-applikationer luftrumsspecifikationer, der inkluderer radarovervågning og direkte stemmekommunikation fra controller til pilot .
Terminalluftrum: ankomst og afgang
Eksisterende terminale luftrumskoncepter , der inkluderer ankomst og afgang, understøttes af RNAV-applikationer. Disse bruges i øjeblikket i den europæiske (EUR) region og USA. Den europæiske terminal luftrums-RNAV-applikation er kendt som P-RNAV (Precision RNAV). Selvom RNAV 1-specifikationen deler en fælles navigationsnøjagtighed med P-RNAV, opfylder denne regionale navigationsspecifikation ikke de fulde krav i RNAV 1-specifikationen. Fra og med 2008 er den amerikanske terminal luftrumsapplikation, tidligere kendt som US RNAV Type B, blevet tilpasset PBN-konceptet og kaldes nu RNAV 1. Basic RNP 1 er primært udviklet til anvendelse i ikke-radar, terminal luftrum med lav densitet. I fremtiden forventes flere RNP-applikationer at blive udviklet til både en-route og terminal luftrum.
Nærme sig
Tilgangskoncepter dækker alle segmenter af instrumentmetoden, dvs. indledende , mellemliggende, endelige og ubesvarede tilgang . RNP APCH-specifikationer, der kræver en standardnavigationsnøjagtighed på 1,0 NM i det indledende, mellemliggende og savnede segment og 0,3 NM i det endelige segment. Typisk er tre slags RNP-applikationer karakteristiske for denne flyvefase: nye procedurer til landingsbaner, der aldrig betjenes af en instrumentprocedure, procedurer, der enten erstatter eller tjener som backup til eksisterende instrumentprocedurer baseret på forskellige teknologier, og procedurer udviklet til at forbedre lufthavnsadgangen i krævende miljøer (RNP APCH og RNP AR APCH).
RNP-indflyvninger til 0,3 NM og 0,1 NM i Queenstown Airport i New Zealand er de primære tilgange, der anvendes af Qantas og Air New Zealand til både internationale og indenlandske tjenester. På grund af terrænrestriktioner er ILS-indflyvninger ikke mulige, og konventionelle VOR / DME-indflygninger har nedstigningsbegrænsninger mere end 2.000 fod over lufthavnens niveau. RNP-indflyvningen og afgangene følger buede stier under terrænniveau.
Speciel luftfartøjs- og flybesætningstilladelse krævet tilgang
Procedurer for RNP-instrumentindflyvning med autorisation krævet eller RNP AR (tidligere kendt som specialfly og luftfartsbesætningsautorisation krævet eller SAAAR) tilgangsprocedurer bygger på det præstationsbaserede NAS-koncept. Ydelseskravene til at gennemføre en tilgang er defineret, og flyene er kvalificerede i forhold til disse præstationskrav. Konventionelle evalueringsområder for forhindringer for jordbaserede navigationshjælpemidler er baseret på et foruddefineret flykapacitets- og navigationssystem. RNP AR-kriterier for forhindringsevaluering er fleksible og designet til at tilpasse sig unikke driftsmiljøer. Dette tillader tilgangsspecifikke ydelseskrav efter behov for en tilgangsprocedure. Det operationelle krav kan omfatte undgåelse af terræn og forhindringer, uoverensstemmende luftrum eller løsning af miljømæssige begrænsninger.
RNP AR APCH er defineret som en RNP-tilgangsprocedure, der kræver en lateral TSE, der er lavere end standard-RNP-værdierne på ethvert segment af tilgangsproceduren. RNP-tilgange inkluderer kapaciteter, der kræver specialfly- og flybesætningstilladelse svarende til kategori II / III ILS-operationer. Alle RNP AR-tilgange har reduceret laterale forhindringsevalueringsområder og lodrette forhindringsfrie overflader, der er baseret på kravene til flyets og flybesætningens ydeevne. Følgende egenskaber adskiller sig fra RNP APCH:
- RF-bensegmenter kan bruges efter PFAF (præcis endelig løsning).
- laterale TSE-værdier så lave som 0,10 NM på ethvert segment af tilgangsproceduren (indledende, mellemliggende, endelige eller savnede).
Når du udfører en RNP AR-tilgang ved hjælp af en linje af minima, der er mindre end RNP 0,3, kan ingen enkelt-point-of-failure forårsage tab af vejledning, der er i overensstemmelse med den RNP-værdi, der er knyttet til tilgangen. Typisk skal flyet have mindst to GNSS-sensorer, dobbelt flystyringssystemer, dobbelt luftdatasystemer, dobbelte autopiloter og en enkelt inerti-referencenhed.
Når du udfører en RNP AR-tilgang med en ubesvaret tilgang mindre end RNP 1.0, kan ingen enkelt-point-of-failure forårsage tab af vejledning, der er i overensstemmelse med RNP-værdien, der er forbundet med en procedure for ubesvaret tilgang. Typisk skal flyet have mindst to GNSS-sensorer, dobbelt flystyringssystemer, dobbelt luftdatasystemer, dobbelte autopiloter og en enkelt inerti-referencenhed.
Flyplanlægning
Manuel eller automatisk meddelelse om et luftfartøjs kvalifikation til at operere langs en ATS-rute, på en procedure eller i et luftrum leveres til ATC via flyplanen.
Se også
Bemærkninger
Referencer
Denne artikel indeholder materiale fra det offentlige domæne fra websteder eller dokumenter fra Federal Aviation Administration .
Yderligere læsning
- "Påkrævede programmer til navigationsydelse over hele verden" . GE skridt fremad . 23. oktober 2013.
